Suppression of the hemolytic effect of mesoporous silica nanoparticles after protein corona interaction: independence of the surface microchemical environment

Abstract

Mesoporous silica nanoparticles are known to induce the hemolysis of human red blood cells (RBCs) when citotoxicity assays are performed in a phosphate buffer solution (PBS). However, in a more realistic approach, the presence of blood plasma biomolecules must be considered in any nanotoxicological evaluation of porous SiO2 nanoparticles when biomedical applications through intravenous administration are aimed. In this context, it is demonstrated in this work that porous silica nanoparticles do not induce any cytotoxic effect on RBCs when hemolysis assay is done in the presence of blood plasma, regardless the surface charge (positive or negative) of the nanoparticle. The absence of hemolysis is mainly associated with the adsorption of plasma proteins on the nanoparticle surface, which leads to the formation of a stable protein coating (called protein corona or PC) that shields the original microchemical environment of bare nanoparticles.

Nanopartículas mesoporosas de sílica são conhecidas por induzirem hemólise de células vermelhas do sangue (RBCs) humano quando ensaios de citotoxicidade são feitos em solução-tampão de fosfato (PBS). Entretanto, em uma abordagem mais realista, a presença de biomoléculas do plasma sanguíneo precisa ser considerada em qualquer avaliação nanotoxicológica de nanopartículas porosas de SiO2 quando se objetiva a sua utilização em aplicações biomédicas através de administração intravenosa. Nesse contexto, demonstrou-se neste trabalho que nanopartículas porosas de sílica não induzem nenhum efeito citotóxico em células vermelhas do sangue quando ensaios de hemólise são feitos na presença de plasma sanguíneo, independentemente da carga superficial (positiva ou negativa) da nanopartícula. A ausência de hemólise está principalmente associada à adsorção de proteínas do plasma sobre a superfície das nanopartículas, levando à formação de um recobrimento proteico estável (denominado protein corona ou PC) que blinda o ambiente microquímico original das nanopartículas.